分布式能源及独立微网容量配置与运行优化研究

授 予 单 位代码 10465 学 号 或 申请号 密 级 中 原 工 学 院 硕 士 学 位 论 文 分 布 式能 源 及独 立 微网 容 量配 置 与运 行 优化 研 究 张 立 功 指 导 教 师 ： 王晓 雷 教授 王若醒 高工 申 请 学 位 级 别 ： 硕 士 专 业 名 称 ： 控制工程 论 文 提 交 日 期 ： 2015 年 3 月 论 文 答 辩 日 期 ： 2015 年 6 月 培养单位: 中 原 工 学 院 学 位 授 予 单 位: 中 原 工 学 院 中原工学院硕士学位论文 摘要 I 分布式 能源及 独立微 网容量 配置与 运行优 化研究 专 业：控制工程 硕 士 生： 张立功 指导教师：王晓雷 教授 王若醒 高工 摘 要 本 文 的 研 究目 的 是 在 深入 分 析 各 类分 布 式 能 源的 发 电 规 律的 基 础 上 ，建 立 以 柴 油发电机为主电源的微电网中各机组间负荷分配的最优化解决方案， 并对以柴油发 电机组为主电源的独立微网的组网方案进行研究， 通过对于各种微源的协同控制与 优化调度，以实现微网经济运行和对环境的保护。 首先， 本文对微电网中的 柴 油 发 电 机 组 、 光 伏 电 池 阵 列 、 风 力 发 电 机 组 的 结构 和发电原理进行了深入剖析， 特别是对于柴油发电机油耗、 输出功率、 污染指数之 间的多变量函数关系进行了研究。 并且基于某海岛的光伏发电、 风力发电等辅助微 源 的 真 实 系 统 参 数 进 行 了 分 析 归 类 ， 在 此 基 础 上 建 立 了 它 们 各 自 的 精 确 的 数 学 模 型，并 MATLAB/ Simulink 在 环 境 下 搭 建 了 它们各自独立的并网发电 仿真模型。 接着， 本文 对柴油发电机为主 电源的独立微网中机组间的负荷分配方法进行了 研究。 机组间负荷分配的优化目标是使系统能够在满足约束条件的情况下， 在各个 机组间合理的进行负荷分配， 以达到降低油耗， 节约成本目的。 文中首先采用改进 的等微增率、最优二次型以及其他相关的数学方法，把该问题转化为最优化问题， 推导了油耗最优控制的必要条件和基本准则。 最后本文根据某海岛的实际情况， 利 用MATLAB 优化工具箱 对 机 组 间 有功负荷的最优分配 问 题 进 行 了 研究。 然后， 本文以某海岛独立微 型电网作为研究对象， 根据当地负荷、 光照、 风速 等相关数据， 利用Homer 工具软件 ， 重点针对由太阳能、 风能、 柴油发电机组和蓄 电池组成的的独立微网进行建模 ， 并对其经济运行方案进行仿真 ， 最终从优化的结 果中选择最经济的微网组网方案 ，结果表明该方法是可行的，具备实际应用价值 。 最后，根据某海岛微电网真实的拓扑结构，对前文的内容进行综合，结合微电 网动态负载的技术特征， 进行了微电网多变量多微源复杂系统综合建模， 建立 了独 立微网大系统多微源动态负荷系统仿真系统运行具有较好 的鲁棒性， 在电网幅值变 化、微源切入、切出、电网切出等情况下，反应迅速，能够保证较好的稳定性。 关 键词： 分布式能源；独立微网；负荷分配；容量配置；Homer 中原工学院硕士学位论文 Abstract II Distributed energy and independent micro-Grid capacity allocation and operation optimization research Speciality: Control Engineering Name: Zhang Ligong Supervisor: Professor Wang Xiaolei Senior Engineer Wang Ruoxing Abstract The purpose of this study is in the thorough analysis of all kinds of distributed energy generation rule, on the basis of building is given priority to with diesel generator power supply of the unit in the micro grid load distribution optimization solution, and to give priority to with diesel generating sets of power supply network of independent micro network scheme are studied, through to all kinds of micro sources of coordinated control and optimization scheduling, in order to realize the network economy and the protection of environment. Firstly, in this paper, the structure of micro power grid and power generation principle, carried on the thorough analysis, especially for diesel generator fuel consumption, output power, multivariate function relation between the pollution index is studied.And based on a certain island of photovoltaic power generation, wind power and other auxiliary source of real system parameters are analyzed and categorized, on the basis of their respective precise mathematical model is established, and their respective independent grid power simulation model. Then, in this paper, the diesel generator is given priority to the power of independent between piconets in unit load distribution method is studied.Unit load distribution between the optimization goal is to make the system can satisfy the constraint conditions, under the condition of reasonable between each unit load distribution, so as to reduce fuel consumption and save cost.In this paper, we first use the micro rate, such as improvement of optimal quadratic form as well as other related mathematical methods, to convert the problem into optimization problem, this paper derived the necessary conditions of fuel consumption optimal control and basic principles.At the end of the paper, according to the actual situation of a certain island by 中原工学院硕士学位论文 Abstract III using the MATLAB optimization toolbox active load optimal distribution study. Then, based on a certain island independent micro power grid as the research object, according to the local load and the relevant data such as sunlight, wind speed, using Homer tool software, focusing on the solar energy, wind energy, diesel generating sets of battery and network of independent micro modeling, simulation scheme and the economic operation, and finally from the result of optimization in choosing the most economic micro mesh network scheme, the results show that the method is feasible and has practical application value. Finally, according to a certain island real micro power grid topology, comprehensive of the above content, combined with the technical features of the micro power grid dynamic load, and the micro grid multivariate micro source integration of complex system modeling, set up independent micro between micro source dynamic load simulation system has good robustness, amplitude changes in the power grid, the grid micro source cut, cut out, cut out such cases, the reaction is rapid, can guarantee the better stability. Key words ：Distributed Energy; Independent Micro-grid; Load Distribution; Capacity Configuration;Homer 中原工学院硕士学位论文 目录 I 目 录 1. 绪论 1 1.1 课题研 究的背景及意义 1 1.2 课题研究的现状与前景 . 1 1.3 本文的主要工作 . 3 2. 光伏电池阵列 . 4 2.1 光伏电 池的基本原理 4 2.1.1 光伏发电的概念 4 2.1.2 光伏发电的原理 4 2.2 光伏阵列的建模和特性分析 . 5 2.3 最大功 率点控制方法的选择 7 2.4 光伏发 电系统仿真研究 9 2.4.1 光伏发电系统仿真建模 9 2.4.2 结果分析 11 2.5 本章小结 . 13 3. 风力发电机组 . 14 3.1 风力发 电机组概述 14 3.1.1 风力发电机组工作原理 14 3.1.2 系统组成 14 3.2 风力发 电机组建模与仿真 14 3.2.1 风力机模型 14 3.2.2 直驱式永磁发电机的运行仿真研究 15 3.3 本章小 结 25 4. 柴油发电机组 . 26 4.1 柴油发 电机组概述 26 4.2 柴油发电机数学模型的研究 . 26 4.2.1 柴油机发动机本体（活塞机）建模 27 4.2.2 柴油机供油装置建模 27 4.2.3 柴油机进气管建模 28 4.2.4 柴油机排气管建模 28 中原工学院硕士学位论文 目录 II 4.2.5 柴油机涡轮增压器建模 . 29 4.2.6 柴油机空气冷却器部分建模 30 4.2.7 柴油机集气器部分建模 32 4.3 柴油发电机组发电的仿真研究及分析 . 33 4.4 本章小 结 37 5. 柴油机组间负荷分 配 . 38 5.1 柴油发 电机组间的负荷分配原则 38 5.2 运行最 优化的理论基础 38 5.2.1 机组的耗量特性及曲线表达式的求解 . 39 5.2.2 柴油发电机负荷分配最优化的建模 42 5.2.3 系统负荷分配寻优方法的选择 43 5.3 机组负 荷优化分配 45 5.3.1 MATLAB 优化工 具箱介绍 . 45 5.3.2 直接法优化求解 47 5.3.3 等微增率优化法求解 51 5.4 本章小 结 53 6. 基于 Homer 软 件 独立 微 网 系 统容 量 优 化 配置 研 究 . 54 6.1 风光柴 储独立微网 54 6.1.1 风光柴储独立微网简介 54 6.1.2 Homer 软件介绍 54 6.2 风光柴 储微网系统功率容量配置优化仿真研究 55 6.2.1 负荷分析与数据输入 55 6.2.2 风光资源的数据输入 57 6.2.3 独立微网系统各微源单体容量初选 57 6.2.4 风光柴储单体容量配置优化仿真及最优功率配置方案的选择 59 6.3 本章小 结 63 7. 微电网大系统多微 源动态负荷 系统仿真 . 64 7.1 微电网多微源复杂系统综合建模 . 64 7.2 微电网 多微源复杂系统综合仿真 65 7.2.1 1 号汇集母线仿真研究 . 65 7.2.2 2 号汇集母线仿真研究 . 69 7.3 本章小 结 72 中原工学院硕士学位论文 目录 III 8. 总结与展望 . 73 8.1 总结 73 8.2 展望 74 参考文献 75 附 录 ： 研 究生 阶 段 发 表论 文 79 致 谢. 80 中原工学院硕士学位论文 第一 章 绪论 1 1. 绪论 在 过 去 的 几 个 世 纪 里 ， 人 类 主 要 使 用 传 统 的 化 石 燃 料 作 为 能 源 。 化石燃料相对 的更容易产生能量， 因为它们产生能量的过程 只是一个简单的燃烧 过程。 然而 ， 由 于化石燃料的价格成本的增加以及它 们燃烧对环境产生的副作用 ， 而可再生能源的 清洁性、 就地取材性以及取之不尽的特性可以满足日益增长的电力需求， 这使得新 能源的地位开始不断地提高。 可 再 生 能 源 包括风力、 光伏、 水利等被视为是传统能 源的最好的替代品。 1.1 课 题研 究 的背景 及意义 目 前 ， 面 对日 益 严 峻 的能 源 危 机 以及 全 球 变 暖， 大 家 更 加意 识 环 境 保护 的 重 要 性以及以传统的化石能源 （石油、 天然气、 煤炭等） 的经济发展模式的不可持续性， 走可持续发展的康庄大道， 大力发展可再生的、 无污染的新能源是实现人类社会长 远发展必然的选择 [1,2] 。 分 布 式 能 源 发 电 系 统 配 备 了 电 力 电 子 接 口 来 保 证 系 统 在 正 常 工 作 和 维 修 状 态 下能够提供满足要求的电能质量和电网需要的能量输出。 然而， 尽管分布式发电具 有 重 大 的 优 势 ， 但 是 直 接 接 入 到DG 系 统 中 会 产 生 一 些 问 题 ， 例 如 接 入 时 需 要 大 量 的 保 护 器 件 的 协 调 配 合 ， 并 容 易 给 电 网 注 入 谐 波 ， 影 响 电 网 的 正 常 运 行 ， 严 重 时 甚 至会 造 成 电 网 的 解列。 要解决这些问题， 分布发电系统要整合成 微 电 网 和 智 能 电 网 的形式。电 力 电 子 设 备 是 分 布 式 发 电 系 统 连 接 公 共 电 网 的 基 础 。 因 此 ， 开 关 谐 波 会 直接影响电流的质量。 如果这个问题不先解决， 当分布式发电系统连接到公共电网 后将会在电网侧产生问题。 因而， 电能质量、 控制和谐波补偿必须作为一个重要 的 运行特性来考虑。 解决这个问题的方法有很多， 例如使用有源或无源滤波器以及使 用合适的控制方案 （如：PI 、PR 控制器等） 都可以减少电力电子变流器产生的谐波 数量 [3,4] 。 1.2 课题 研究 的现状 与前景 近年来， 大互联电力系统也表现出其自身的脆弱性， 世界上接连发生了数次大 停电事故， 如美加大停电、 伦敦南部地区大停电， 以及我国南方2008年的冰冻灾害 事故。 首先， 在大互联电力系统中， 局部事故极易扩散， 引发连锁反应， 导致大 面 积停电甚至灾难性后果； 其次， 对于偏远地区的负荷， 互联大电力系统不能进行理 想的供电。 中原工学院硕士学位论文 第一 章 绪论 2 许多偏远地区远离负荷中心， 且自然条件较恶劣， 建设常规输配电系统， 投资 大而收益小， 效果不理想。 另外， 随着负荷的日益增加， 受端电网在不断增加长距 离输电线路的负担，并造成了电网稳定性和安全性的降低。 因此，为了降低成本、实现资源优化配置，分布式发电(DG ，Distributed Generation) 技术近年来成为了一个新的研究热点。 “十一五“ 规划中， 我国已将积极 推动和鼓励可再生能源的发展作为重点发展战略之一。 分 布 式 发 电 （Distributed Generations ，DG） 是应用于小规模电力生产的技术。 因为DG 发 电系统不进行电力的远距离输送， 所以它的损耗和成本相对较低。DG 系 统 最 小 限 度 的 损 耗 主 要 来 自 配 电 系 统 网 络 。 相 对 于 其 他 的 来 说 ， 这 些 优 点 是DG 发 电 系 统 的 主 要 优 点 ， 也 体 现 了DG 发 电 系 统 在 公 共 事 业 、 独 立 发 电 公 司 和 科 研 机 构 中的重要性。 传统的电力生产区别于DG 的是 发电站距离负荷中心非常远。DG 发电 系统使用对象可以使用很少的分布网络来 提供就近电源， 在极其 罕见的情况下可以 使用输电网 [5] 。 DG 发电技术已经被认为是提高电力系统效率、节约资源、保护环境的重要手 段。 它 在 小 范 围 （ 接 近 负 荷 中 心 ） 内 得 到 了 广 泛 的 应 用 。 虽然说使用可再生能源发 电技术的都是DG ， 但 是 应 该 注 意 的 是 并 不 是 所 有 的DGs 都 是 全 部 由 可 再 生 能 源 （renewable energy resources (RER) ）发电组成的。有众多技术的支撑使得DG 发电 系统可以包含柴油机、 石油、 天然气、 地热能、 风能、 生 物质能、 光伏等发电形式 ， 以及上述几种能源发电形式的组合 [6] 。 发、用电设备相距较近是分布式发电的主要特点。与传统的发送电系统相比， 其主要优点有： 投资少、 建设快、 运行费用低、 可靠性高。 将分布式发电系统灵活 有效地配置于负荷地区， 可以减轻主干线路的负担、 降低系统网损、 改善电网电压 和减少无功的输送，这无疑增加了电网的可靠性和经济性。 尽管如此， 分布式发电自身也存在诸多问题。 首先， 分布式电源单机接入成本 高且控制困难。 另外， 对大电网来说， 分布式电源是不可控源， 需要采取限制、 隔 离的方式来处理， 以减小其对大电网造成的冲击。 基于这方面的考虑， 一些分布式 能源的入网标准纷纷出台， 如IEEE P1547 ， 它规定若电力系统故障， 分布电源须立 刻退出运行。 为了使分布式电源能与大电力系统协调发展， 充分发挥分布式电源的 价值，人们提出了微电网的概念。 微 电 网 由 各 种 可 再 生 能 源( 如 微 汽 轮 机 、 燃 料 电 池 、 太 阳 能 电 池) 、 负 荷 、 储 能 装置( 如 蓄 电 池 、 飞 轮 、 超 级 电 容 器 等) ， 及 控 制 设 备 组 成 ， 并 将 它 们 看 作 单 一 的 控 制单元。 微电网既可以并网运行， 又可以离网运行。 因此， 微电网的入网标准只须 针对并网时的接入点， 而不用针对具体的分布式电源。 这不仅解决了大规模分布式 中原工学院硕士学位论文 第一 章 绪论 3 电源的接入问题，还更好的开发了分布式电源的潜能。 综上所述，作为现有骨干电网的一个补充，微电网的研究具有积极的意义。 1.3 本 文的 主要工作 本文对微电网 中 的 光 伏 电 池 阵 列 、 风 力 发 电 机 、 柴 油 发 电 机 的 结构和发电原 理进行了分析， 对它们的发电原理有了清晰的认识， 在此基础上建立了它们各自的 精确的数学模型，然后在 MATLAB/Simulink 环境下搭建了它们各自基于数学模型 的发电仿真模型， 并给出了仿真结果， 最后对结果进行了分析， 对各个微源的发电 机理和特性有了更深入的了解。 根 据 柴 油 发 电 机 组 的 发 电 功 率 与 柴 油 耗 量 数 据 拟 合 出 了2 个 机 组 的 耗 量 特 性 曲 线； 首先采用数学的方法， 把该问题转化为最优化问题， 推导了燃料最优控制的必 要条件和基本准则； 然后建立了负荷优化分配的数学模型， 并使用MATLAB 优 化工 具箱里的fmincon 函数 和quadprog 函数对数学模型进行了优化； 在此基础上又引入了 等微增率原理来对数学模型进行改进， 并对改进的数学模型进行了优化， 对前后结 果进行了对比。 以某海岛独立微型电网作为研究对象 ， 根据当地负荷、 光照、 风速等相关数据 ， 利用Homer 工具软件 ， 重 点 针 对 由 太 阳 能 、 风 能 、 柴 油 发 电 机 组 和 蓄 电 池 组 成 的 的 独立微网进行建模， 并对其经济运行方案进行仿真 ， 最终从优化的结果中选择最经 济的微网组网方案； 并与现在普遍应用的海岛供电方式的发电成本进行对比， 可以 看出风光柴储独立微网系统的发 电成本大幅下降， 而且减少了污染物的排放， 保护 了海岛的生态环境。 中原工学院硕士学位论文 第二章 光伏 电池阵列 4 2. 光伏电池阵列 本章首先介绍了 光 伏 发 电 的 基本概念和特点、 光 伏 电 池 的 光电转换特性以及基 本发电原理， 推导 了出它的工程实用模型 ； 然后， / MATLAB SIMULINK 在 环 境 下 建 立了 光 伏 阵 列 的 仿真模型， 绘出了 光伏阵列的特性曲线， 从曲线可以 看出其输出功 率存在一个最大功率点， 而且可以看出它的 最大功率点与光照和温度的 大小有较大 关系，本文选择了一种应用比较广、比较新的 MPPT 算法，并给出了该算法的仿真 验证； 最 后 搭 建 了 光 伏 发 电 系 统 的 仿 真 模 型 。 2.1 光伏 电 池的基本 原理 2.1.1 光伏发电的概念 光伏（Photovoltaic ，PV ）发电系统不需要热力发动机就可以直接将太阳能 转 换为电能。 光伏电池由电子器件组成， 结果简单， 使用方便， 维护费用低。 光伏发 电系统的优点是它们既可以并网运行， 也可以独立运行， 而且没有污染， 其输出功 率范围为微瓦级到兆瓦级。 光伏发电系统可为汽车、 路灯、 偏远地区的居民住宅以 及海岛提供电能， 也可以建立兆瓦级的发电厂。 由于其采用模块化的结构、 重量轻 等特点， 最重要的是只要有光的地方就可以使用光伏发电， 故光伏发电系统可以在 其他分布式能源不能使用的环境中使用 [7,8] 。 2.1.2 光伏发电的原理 当 太 阳 光 照 射 光 伏 电 池 板 上 时 ， 一 部 分 被 反 射 回 空 中 ， 一 部 分 被 光 伏 电 池 板 吸 收 ， 还 有 少 量 的 太 阳 光 穿 过 了 光 伏 电 池 板 ， 被 光 伏 电 池 板 吸 收 的 光 子 那 部 分 太 阳 光 中 ， 光 子 中 所 含 能 量 大 于 半 导 体 禁 带 宽 度 的 那 部 分 能 够 激 发 半 导 体 中 原 子 的 价 电 子 ， PN 在 区 、 空 间 电 荷 区 和 区 将 会 产 生 光 生 电 子 空 穴 对 ， 这 样 形 成 的 电 子 空 穴  对 在 热 运 动 的 作 用 下 将 四 处 移 动 。 光 生 电 子 空 穴 对 产 生 后 ， 马 上 被 内 建 电 场 分 离 ， — N P N 光 生 电 子 被 推 到 区 ， 光 生 空 穴 被 推 到 区 。 在 区 ， 光 生 电 子 空 穴 对 产 生 后 ， 光 -- P N P N 生 空 穴 便 向 结 边 界 扩 散 ， 一 旦 达 到 结 边 界 ， 便 立 即 受 到 内 建 电 场 的 作 用 ， PN 在 电 场 力 作 用 下 面 漂 移 ， 越 过 空 间 电 荷 区 进 入 区 ， 而 产 生 的 光 生 电 子 被 停 留 在 P- - P N P N 区 。 区 中 的 光 生 电 子 也 向 结 边 界 扩 散 ， 并 在 到 达 结 边 界 后 ， 同 样 由 于 受 N 到 内 建 电 场 的 作 用 而 在 电 场 力 的 作 用 下 做 漂 移 运 动 ， 进 入 区 ， 而 光 生 空 穴 则 停 留 — P P N 在 区 ， 因 此 结 两 侧 产 生 了 正 负 电 荷 的 积 累 ， 形 成 与 内 建 电 场 方 向 相 反 的 光 PN 生 电 场 ， 在 抵 消 内 建 电 场 后 ， 型 层 依 然 带 正 电 ， 型 层 依 然 带 负 电 ， 因 此 产 生 了 中原工学院硕士学位论文 第二章 光伏 电池阵列 5 光伏电动势 [9,10,11] 。 单 个 的 光 伏 电 池 板 的 输 出 功 率 是 有 限 的 ， 工 程 上 一 般 采 用 多 个 光 伏 电 池 板 串 并 联 的 方 式 来 提 高 输 出 电 压 与 输 出 功 率 ， 多 个 光 伏 电 池 板 的 组 合 称 为 光 伏 阵 列 。 本 章 / MATLAB Simulink 主 要 研 究 光 伏 阵 列 的 特 性 ， 并 在 环 境 下 建 立 了 光 伏 发 电 系 统 的 仿 真。 2.2 光 伏阵 列的建模 和特性分 析 光 伏 阵 列 ， 顾 名 思 义 ， 它 是 由 多 个 光 伏 组 件 以 串 并 联 的 方 式 组 合 而 成 的 。 如同 下面的等效电路图。 负 荷 Rs } M 块 N 列 光 伏阵列 OC U SC I I U } 2.1 图 光 伏 阵 列 等 效 电 路 图 根 据 光 伏 电 池 物 理 概 念 以 及 光 伏 电 池 的 工 作 状 态 ， 以 及 硅 晶 光 伏 电 池 的 光 生 伏 2.1 特 等 特 点 ， 可 以 将 光 伏 电 池 阵 列 简 化 等 效 为 图 中 所 示 。 根 据 本 文 建 立 的 使 用 的 工 程数学模型，经过一系列合理的近似简化处理后，可以得到 I-U 方程为： 2 /(A ) 1 [1 ( 1)] oc UU sc I I A e    (2.1) 式(2.1) 中， sc I 为 光 伏 阵 列 等 效 短 路 电 流 ； oc U 为 光 伏 阵 列 开 路 电 压 ； A 1 、A 2 为引入的中间系数，其表达式分别为： /( ) 1 1 2 (1 ) A ( 1)[l (1 )] m oc U BU m sc mm oc sc I Ae I UI n UI       (2.2) 式(2.2) 中， m I 为 光 伏 阵 列 等 效 最 大 电 流 ； 中原工学院硕士学位论文 第二章 光伏 电池阵列 6 m U 为 光 伏 阵 列 等 效 最 大 电 压 。 m U 和 m I 可 以 由 供 应 商 所 提 供 的 单 个 光 伏 电 池 的 最 大 功 率 点 电 压 m U 、 最 大 功 率 点 电 流 m I ， 以 及 光 伏 阵 列 的 串 并 联 数 来 求 得 ， 其 计 算 公 式 分 别 为 ： mm mm I NI U MU   (2.3) 式(2.3) 中， M 为 光 伏 阵 列 串 联 的 光 伏 电 池 数 ； N 为 光 伏 阵 列 的 并 联 光 伏 电 池 串 数 。 sc oc IU 光 伏 电 池 阵 列 的 短 路 电 流 和 开 路 电 压 也 可 由 供 应 商 所 提 供 的 单 个 光 伏 电 池 板 的 短 路 电 流 sc I 和 开 路 电 压 oc U ， 以 及 光 伏 阵 列 的 串 并 联 数 来 计算得到： sc sc oc oc I NI U MU   （2.4） 光 伏 电 池 供 应 商 提 供 的 技 术 参 数 都 是 在 标 准 光 照 强 度 和 标 准 环 境 温 度 下 （即 ref S 为 2 1000 / Wm ， ref T 为 25 o C ） 测得 的参数， 而 在 实 际 的工 程 应 用 中 光 照 强 度S 和 环 境 温 度T 并不是标准状况下的， 所以我们需要根据标况下的技术参数推算出 适 合于实 际 工 程 的 参 数 ， 只 有 在 这 些 修 正 后 的 参 数 下 建 立 起 来 的 数 学 模 型 才 是 适 合 于实际工程的模型。 下面 是 实际工程模型的推算过程，其中 * sc I 、 * oc U 、 * m I 、 * m U 为 修 正 后 的 技 术 参 数。 ref T T T    (2.5) 1 / ref S S S  (2.6) 1 S1 S    (2.7) * / * +a sc sc ref I I S S T  （ ） （1 ） (2.8) * * -c oc oc U U T S    （1* ）*(1+b ) (2.9) * *( / )*(1 a ) m m ref I I S S T    (2.10) * *(1 c* )*(1 b* ) mm U U T S      (2.11) 在I-U 特征曲 线 形 状基本 不 变 的情况 下 ， 根 据硅 晶 电池 的研 究 过程 ，a ，b，c 一 般取经典值为： 0.0025 a  / ℃ ， 0.5 b  / ℃， 0.00288 c  / ℃。 根据上述分析， 建立 光 伏 阵 列 的 仿 真 模型， 此次仿真采用的光伏电池板的主要 参数为： 5.3 22 17.5 sc oc m I A U V U V 短 路 电 流 为 ， 开 路 电 压 为 ， 最 大 功 率 点 的 电 压 为 ， 4.9 86 mm I A P W 最 大 功 率 点 电 流 为 ， 最 大 输 出 功 率 为 。 本仿真要求光伏电池阵列输出 功率为500KW ， 可 以 根 据 光 伏 阵 列 及MPPT 的 特 点 选 取 串 并 联 光 伏 组 件 的 个 数 ， 420 850 MPPT V  根 据 研 究 大 功 率 逆 变 器 最 大 功 率 跟 踪 范 围 为 ， 也 就 是 说 直 流 电 压 只 中原工学院硕士学位论文 第二章 光伏 电池阵列 7 420 850 100%  有 在 范 围 内 时 输 出 功 率 才 能 达 到 。 所 以 本 仿 真 选 用 的 光 伏 组 件 的 连 接 方式为28 串210 并，即电压为490V ，电流为1029A ，输出功率约为504KW 。 将这些 参 数 输 入 建 立 的 工 程 仿真 模 型 中 ， 可 以 通 过 示 波 器 看到 光 伏 电 池 阵列的I-U 和P-U 特征 曲 线 ，见图2.2。 2.2 I U P U  图 光 伏 电 池 阵 列 的 和 特 征 曲 线 2.2 490V 由 图 所 示 ， 在 标 准 温 度 和 标 准 光 照 强 度 下 ， 最 大 功 率 点 在 电 压 为 ， 电 流 1029 504 A KW 为 时 出 现 ， 此 光 伏 阵 列 的 最 大 功 率 为 。 与 前 述 的 理 论 分 析 相 吻 合 ， 验 证 了 本 仿 真 的 正 确 性 。 2.3 最 大功 率点 控制 方法的选 择 2.2 由 节 的 光 伏 阵 列 建 模 和 仿 真 过 程 可 知 ， 在 光 照 强 度 和 温 度 一 定 的 情 况 下 ， 光 UP  伏 阵 列 的 曲 线 存 在 一 个 最 大 值 功 率 点 ， 由 此 可 知 ， 如 果 能 够 使 光 伏 阵 列 的 输 出 功 率 一 直 保 持 在 最 大 功 率 点 上 ， 那 么 就 可 以 使 太 阳 能 的 利 用 效 率 达 到 最 大 ， 所 以 应 该 选 择 合 适 的 算 法 使 光 伏 阵 列 的 输 出 保 持 在 最 大 功 率 点 上 ， 换 句 话 说 就 是 要 进 行 最 大 功 率 点 的 跟 踪 。 [12,13] 最 大 功 率 点 跟 踪 可以理解为 数学中求最值的问题， 因此， 需要 不断改变 光 伏 阵 列两端的电压来实现最大功率输出。 当 最 大 功 率 点 的 电 压 高于光伏阵列两端的电压 时， 则增大电容两端的电压， 当 最 大 功 率 点 的 电 压 小于阵列两端的电压时则要 减小 电容两端的电压。 也就是说算法的作用要保证在 光照和温度变化 时， 输出电压要自 动的向 最 大 功 率 点 的 电 压 靠拢。 Newton method 本 文 选 用 的 是 牛 顿 插 值 算 法 （ ） [14] 。 牛顿插值算法是基于扰动观察与曲线拟合的一种新的算法， 是近几年提出的比 较有效的 MPPT 算 法 ， 该算法运用了数值分析里 曲线拟合的思想 ， 并结合了扰动观 察法简单快捷的优点， 使 得 算 法 能 够 更 加 精 确 的 跟 踪 到 最 大 功 率 点 [15,16,17] 。